La física, al menos en su sentido newtoniano, evoca leyes matemáticas que se aplican sobre todo a la materia inerte. Pero desde hace más de 100 años, científicos han intentado aplicar estas leyes a organismos vivos. Su pregunta era qué es la vida y su aspiración encontrar reglas que gobernaran el universo, animado o inanimado. Los intentos persisten a día de hoy, sin que los hallazgos hayan podido universalizarse por completo.

Ya en el siglo XIX, en plena segunda revolución industrial, las reglas físicas que regían el funcionamiento de los motores sirvieron de modelo para los seres vivos. Físicos e ingenieros intentaron encontrar ecuaciones que explicasen, de forma común, el funcionamiento de cadenas de montaje y de ciertas partes del cuerpo humano. El tránsito entre estas disciplinas y la biología se volvió cada vez más común y Hermann von Helmholtz, un físico alemán, pasó a la historia no sólo por sus leyes de conservación de la energía, sino por proponer fórmulas matemáticas que explicaban la vista y otros aspectos del comportamiento humano.

Von Helmholtz examinando un paciente con el oftalmoscopio, aparato que derivó de su trabajo como físico. Fuente: http://dodd.cmcvellore.ac.in/hom/29%20-%20Helmhotz.html

Un aspecto que desconcertaba a los físicos era la contradicción entre la materia viva y las leyes de la termodinámica. En 1851, William Thompson (después conocido como Lord Kelvin) formuló una norma universal según la cual la materia tiende al equilibrio. En todo organismo, la energía que produce el calor tiende a disiparse y a crear un estado de estabilidad constante. Los organismos vivos, por el contrario, parecen sumidos en un permanente estado de actividad, sin que pueda explicarse la razón desde un punto de vista físico.

Los debates continuaron hasta el siglo XX y en 1932 Niels Bohr, uno de los padres de la física cuántica, pronunció su famosa conferencia "Luz y vida". En ella se planteaba si los sistemas biológicos podrían explicarse de acuerdo a la física convencional o si, por el contrario, necesitaban leyes especiales más allá de la termodinámica, relatividad y las recientemente descubiertas partículas fundamentales. Esta charla inspiró a muchos físicos a adentrarse en la biología, entre ellos Max Delbruck —discípulo de Bohr y uno de los padres de la genética— y Erwin Schrödinger, otro de los fundadores de la teoría cuántica y autor del influyente libro ¿Qué es la vida?.

Genes e información

La publicación de ¿Qué es la vida? en 1943 provocó un desembarco definitivo de físicos en biología. En plena Segunda Guerra Mundial, la física estaba siendo la ciencia más utilizada en proyectos bélicos y su aplicación a la materia viva se veía como una especie de redención. Físicos movilizados durante la guerra se incoprporaron masivamente a proyectos biológicos después del conflicto, entre ellos Francis Crick, lector confeso de Schrödinger y co-descubridor de la doble hélice de ADN en 1953.

Otro elemento importante en esa época fue el ordenador, desarrollado durante la guerra y aplicado de forma creciente a la sociedad civil. Entre la década de los 40 y de los 50, la cibernética surgió como movimiento que abogaba por exportar las leyes que gobernaban el intercambio de información en ordenadores al cuerpo humano. Inicialmente liderado por ingenieros, este movimiento cautivó cada vez más a biólogos que encontraron en la transmisión de información un modelo ideal para explicar la actividad de los genes en organismos vivos. Este enfoque informacional se convirtió en la piedra angular de la nueva investigación biológica posterior a la Segunda Guerra Mundial: la biología molecular.

En 1956, Crick planteó lo que se convertiría en el dogma central de la biología molecular. El mecanismo hereditario característico de los seres vivos podía reducirse a la transmisión de información entre ADN y proteínas. La elucidación de la doble hélice tres años antes había identificado el ADN como material genético y las proteínas como responsables de la mayor parte de las funciones de nuestro cuerpo. Esta transmisión de información, según Crick, era unidireccional, de manera que podía fluir desde el ADN hasta las proteínas, pero nunca desde las proteínas al ADN.

 

Arriba, aspecto de un ordenador en los años 50. Abajo, esquema del dogma central de la biología molecular. Fuentes, corbisimages.com y Archivo de Francis Crick, Wellcome Library 

Reduccionismo y sus críticas

El dogma de Crick tuvo una influencia enorme en la investigación biomédica. Si la actividad genética podía reducirse a transmisión unidireccional de información, el estudio de la fuente de esa información (el ADN) revelaría todos, o casi todos, los mecanismos característicos del cuerpo humano. Durante las décadas posteriores, el reduccionismo se convirtió en el enfoque dominante entre los biólogos, una aproximación marcada por deducir, a partir de las moléculas fundamentales de los organismos vivos, sus funciones básicas. Este enfoque representaba la versión biológica del sueño de la física, de predecir el comportamiento de la materia a partir de leyes universales.

El desarrollo de la bioinformática y la genómica durante las últimas décadas del siglo XX encajó con el reduccionismo imperante de la biología. El ordenador había sustituido a las cadenas de montaje como modelo tecnológico del cuerpo humano. Sin embargo, se seguía manteniendo la aspiración de codificar matemáticamente la actividad biológica, en este caso a través de algoritmos que se ejecutaban al pulsar una tecla. El Proyecto Genoma Humano pretendía derivar diagnósticos y tratamientos de enfermedades a partir de la secuencia química de información que caracteriza nuestro material genético.

Los resultados del Proyecto Genoma Humano se publicaron en 2001, ofrecidos al mundo en soporte informático de acceso abierto. Desde entonces se ha descubierto que el tránsito entre la secuencia (estructura) y función del material genético es más complejo de lo que se esperaba. Quizá, como planteaba Bohr, los seres vivos necesiten leyes físicas especiales para explicar su funcionamiento. Nuevas corrientes como la biología de sistemas proponen enfoques más holistas y no centrados en deducir leyes universales a partir del ADN. Esto sugiere que los modelos físicos pueden haber obviado un hecho fundamental: el azar, el mecanismo básico de la evolución, no puede reducirse a reglas mecánicas y predecibles.

Artículos relacionados

Miguel García-Sancho
Miguel García-Sancho

Investigador del Departamento de Estudios de Ciencia, Tecnología e Innovación de la Universidad de Edimburgo.

Sobre este blog

Un foro en el que se demuestra cómo la historia puede iluminar debates sobre el futuro de las nuevas biociencias.

Ver todos los artículos (6)